摘" " " 要：研究了改變粉煤灰的摻量對(duì)硫氧鎂泡沫水泥性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，摻入定量的粉煤灰后，混凝土性能將得到明顯提高，且隨粉煤灰摻量的變化而變化。

關(guān)" 鍵" 詞：粉煤灰； 硫氧鎂泡沫水泥； 性能

中圖分類號(hào)：TQ013.1" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " "文章編號(hào)： 1004-0935（2023）08-1139-03

煤炭資源在我國(guó)的儲(chǔ)量豐富，因此我國(guó)成為世界最大的煤炭生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)?；鹆Πl(fā)電就是以煤為燃料運(yùn)行的，我國(guó)每年的發(fā)電量約為2.3億kW·h，火力發(fā)電量約在其中的75%，因此伴隨燃煤而產(chǎn)生的大量固廢粉煤灰量就逐年增加，2020年我國(guó)的粉煤灰排放量已達(dá)到2.2億t，粉煤灰累計(jì)的存量已超過(guò)18億t，占地約31萬(wàn)畝，因此如何處理這些粉煤灰已經(jīng)成為全社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題。自1987年以來(lái)，中國(guó)政府已經(jīng)明確把粉煤灰作為一種再生資源進(jìn)行再利用的政策，如何將粉煤灰資源合理有效地進(jìn)行利用已然成為我國(guó)地一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略。

粉煤灰是一種具有火山灰質(zhì)地地材料，它的優(yōu)點(diǎn)在于潛在活性高，化學(xué)性能穩(wěn)定，顆粒細(xì)小并且重金屬含量低，添加到混凝土中能夠提高混凝土或砂漿的物理性能。將粉煤灰充分利用起來(lái)可以改善生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)資源再利用，因此社會(huì)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。例如，采用干法排灰可以將粉煤灰采用堆放均化和高細(xì)粉磨的“兩高三分超細(xì)法”工藝，生產(chǎn)的早強(qiáng)粉煤灰硅酸鹽水泥可以添加灰渣40％～50％的灰渣代替粘涂料，一條年產(chǎn)20萬(wàn)t的生產(chǎn)線可以使用掉12萬(wàn)t的粉煤灰，產(chǎn)生5 000萬(wàn)的產(chǎn)值，創(chuàng)造600萬(wàn)元的利稅。另外，經(jīng)過(guò)廣大科研工作者的共同努力，粉煤灰的綜合利用技術(shù)日益成熟，在冶金、建材、交通、化工、礦山、水利、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)泡水泥最早是由德國(guó)人發(fā)明的，該技術(shù)在1980年左右傳入我國(guó)，它是通過(guò)發(fā)泡機(jī)的發(fā)泡系統(tǒng)將發(fā)泡劑通過(guò)機(jī)械方式充分發(fā)泡，然后與水泥漿均勻混合，再經(jīng)過(guò)發(fā)泡機(jī)的泵送系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)澆施工或模具成型，經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質(zhì)保溫防火材料。發(fā)泡水泥的突出特點(diǎn)是在混凝土內(nèi)部形成封閉的泡沫孔，使混凝土輕質(zhì)化和保溫隔熱化。

發(fā)泡水泥的原材料可以是鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料或鎂質(zhì)材料，其中，鎂質(zhì)材料水泥是一種堿式鎂質(zhì)膠凝材料，主要有氯氧鎂水泥，硫氧鎂水泥和磷酸鎂水泥三種。氯氧鎂水泥是一種MgO·MgCl2·H2O三元體系的鎂質(zhì)膠凝材料，其主要成分為堿式氯化鎂，它具有一系列優(yōu)點(diǎn)，例如：不需要濕養(yǎng)護(hù)，粘結(jié)性能好，防火性能好，耐磨性好，導(dǎo)熱系數(shù)小，早期強(qiáng)度高，耐油、抗有機(jī)溶劑，抗無(wú)機(jī)鹽和硫化物侵蝕?？捎糜谥圃燧p質(zhì)墻體材料、隔斷材料、防火材料、裝飾板材、輕質(zhì)保溫材料、混凝土材料、發(fā)泡砌塊、工藝品等產(chǎn)品，在建筑、裝飾等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[1-3]。磷酸鎂水泥是一種通過(guò)酸堿反應(yīng)及物理作用而凝結(jié)硬化的材料，該材料具有水化迅速、環(huán)境適應(yīng)性廣和早期強(qiáng)度高等特點(diǎn)，有著非常重要的軍事運(yùn)用價(jià)值，在高速公路與市政主干道的快速修補(bǔ)及有害物質(zhì)固化等方面也有廣闊的應(yīng)用前景[4-5]。硫氧鎂水泥是指由活性MgO和一定濃度的MgSO4水溶液組成的一種MgO·MgSO4·H2O三元凝膠體系組成的鎂質(zhì)材料，與氯氧鎂水泥，磷酸鎂水泥材料的區(qū)別僅僅在于拌合漿料時(shí)所使用溶液的酸根不同。硫氧鎂水泥具有防火、質(zhì)量輕、隔聲、絕熱、凝結(jié)快等特點(diǎn)。氯氧鎂水泥與硫氧鎂這兩種凝膠材料的諸如阻燃性、耐磨性、低熱導(dǎo)率和環(huán)境友好等性質(zhì)大體相似，不同點(diǎn)在于硫氧鎂水泥與氯氧鎂水泥相比，優(yōu)點(diǎn)主要在于對(duì)鋼筋腐蝕性能低，抗溫性能好的特點(diǎn)。

從目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)來(lái)看，硫氧鎂水泥的文獻(xiàn)遠(yuǎn)少于氯氧鎂水泥，特別是對(duì)硫氧鎂水泥發(fā)泡材料的研究更少。另外，燃煤電廠在煤燃燒后的煙氣中會(huì)產(chǎn)生大量的粉煤灰，其主要成分是SiO2、Al2O3等，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，燃煤電廠的粉煤灰排放量逐年增加，成為我國(guó)當(dāng)前排量較大的工業(yè)廢渣之一，如果能將這些粉煤灰填充到硫氧鎂泡沫水泥中，將體現(xiàn)出巨大的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。本文使用本公司電廠產(chǎn)生的粉煤灰添加到硫氧鎂發(fā)泡水泥中，考察不同摻量對(duì)該泡沫水泥各項(xiàng)性能的影響。

1" 實(shí)驗(yàn)部分

1.1" 實(shí)驗(yàn)藥品

實(shí)驗(yàn)主要藥品見表1。

1.2" 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用主要儀器設(shè)備見表2。

1.3" 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

取硫氧鎂水泥100份，水35份，30%過(guò)氧化氫5份，粉煤灰份數(shù)為變量。首先按配比稱量各種原料，其次將硫氧鎂水泥，粉煤灰和水中加入到砂磨分散多用攪拌機(jī)中，將其攪拌成均勻漿體，攪拌時(shí)間控制在90～180 s，接著將發(fā)泡劑加入到漿體中，繼續(xù)攪拌至均勻，攪拌時(shí)間控制在5～10 s。最后將漿體澆注入模成型，靜停發(fā)泡。產(chǎn)品在溫度為25 ℃，濕度為90%的恒溫恒濕箱中養(yǎng)護(hù)14 d，之后脫模，用于測(cè)試。

1.4" 測(cè)試方法

1.4.1" 發(fā)泡水泥容重測(cè)試

本實(shí)驗(yàn)為測(cè)試14 d齡期的發(fā)泡水泥的容重，即將養(yǎng)護(hù)14 d齡期的發(fā)泡水泥試塊切割為較為規(guī)則的圓臺(tái)狀，計(jì)算其體積，再測(cè)其圓臺(tái)狀水泥試塊的重量。計(jì)算可得容重，公式如下：

γ＝G/V （1）

其中： γ—容重，N/m³；

G—重量，N；

V—體積，m³。

1.4.2" 測(cè)試的發(fā)泡水泥吸水率

參考GB/T 5486測(cè)試發(fā)泡水泥試塊14 d齡期的吸水率。

1.4.3" 觀察發(fā)泡水泥的形貌

采用體視顯微鏡觀察水泥試塊14 d齡期的形貌。

1.4.4" 測(cè)試發(fā)泡水泥的導(dǎo)熱系數(shù)

參考GB/T22588—2008測(cè)試水泥試塊14d齡期的導(dǎo)熱系數(shù)。

1.4.5" 測(cè)試發(fā)泡水泥的抗壓強(qiáng)度

參考GB/T 11969測(cè)試水泥試塊14 d齡期的抗壓強(qiáng)度。

2" 結(jié)果與討論

2.1" 粉煤灰摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

由表3可知，粉煤灰的摻入會(huì)使混凝土強(qiáng)度提高的速度放緩，而且粉煤灰摻量越大，混凝土抗壓強(qiáng)度提高的速度越慢，當(dāng)粉煤灰的摻量為20%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯降低，約為不摻粉煤灰混凝土?xí)r強(qiáng)度的60%左右。粉煤灰是一種活性摻合料，摻入的粉煤灰會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，但這個(gè)過(guò)程較為緩慢的。有文獻(xiàn)指出[6]，在水化初期，粉煤灰的顆粒表面并沒(méi)有發(fā)生改變，這表明在混凝土初始形成階段，粉煤灰相當(dāng)于惰性填料，僅表現(xiàn)為可以改善混凝土的流動(dòng)性，對(duì)抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，但隨著混凝土保養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，粉煤灰表面會(huì)產(chǎn)生越來(lái)越多的水化產(chǎn)物，生成的大量纖維狀晶體會(huì)相互交叉連接，從而表現(xiàn)為越來(lái)越高的粘結(jié)能力，這些水化的纖維狀晶體與硫氧鎂水泥結(jié)構(gòu)緊密連接，顯著提高了粉煤灰混凝土的力學(xué)強(qiáng)度[7-10]。

2.2" 粉煤灰摻量對(duì)混凝土吸水性的影響

硫氧鎂水泥在固化時(shí)會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生很多微孔，這些相互連通微孔是混凝土具有吸水性的主要原因。當(dāng)混凝土中摻入粉煤灰之后，因?yàn)榉勖夯視?huì)發(fā)生二次水化反應(yīng)，產(chǎn)生的大量細(xì)小的纖維狀水化物會(huì)填充在混凝土的微孔之中，可以有效的阻塞水泥中相互連通微孔，進(jìn)而提高了水泥的耐水性。研究發(fā)現(xiàn)：養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土吸水性影響很大，特別是蒸汽高溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)前期性能提高的影響很大。在相同的溫度下，養(yǎng)護(hù)7 d要比養(yǎng)護(hù)3 d的耐水性有十分明顯提高 （約40％左右 ）。養(yǎng)護(hù)7 d以后，摻加了粉煤灰的混凝土的耐水性的增長(zhǎng)潛力得到充分的提高。如果將養(yǎng)護(hù)時(shí)間提高到28 d以后，耐水性能提高不大。因此可以認(rèn)為，高溫養(yǎng)護(hù)的時(shí)間對(duì)混凝土的后期耐水性的影響不大。此外，發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)3 d以后，提高養(yǎng)護(hù)的溫度，可以顯著提高混凝土的耐水性（100 ℃下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)要比在80 ℃下養(yǎng)護(hù)耐水性高40%）。但是，養(yǎng)護(hù)7 d以后，溫度對(duì)耐水性的提高影響就不明顯了。這是由于隨著水泥養(yǎng)護(hù)溫度的提高和養(yǎng)護(hù)期的延長(zhǎng)，粉煤灰的水化程度也會(huì)不斷提高。因此，提高粉煤灰的摻量，混凝土的耐水能力也將提高， 如表4所示。

2.3" 粉煤灰摻量對(duì)混凝土容重和導(dǎo)熱系數(shù)的影響

粉煤灰的化學(xué)成份主要包括SiO2和Al2O3，其中SiO2的含量約為48%，Al2O3含量約為27%左右。粉煤灰的外觀以玻璃質(zhì)中空微珠為主，孔隙率在50%～80%之間，因此粉煤灰的堆積密度一般為550～700 kg/m3之間。由表3可以看出，隨著粉煤灰添加量的增加，硫氧鎂水泥的容重逐漸降低，同時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)也逐漸降低，這說(shuō)明提高低密度的粉煤灰用量有利于提高混凝土的保溫效果，如表5所示。

2.4" 粉煤灰摻量對(duì)混凝土形貌的影響

圖1所示的是摻加了不同含量粉煤灰的水泥試塊的體視顯微鏡照片，通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：摻加了粉煤灰的發(fā)泡水泥試塊的孔隙比未摻加粉煤灰的發(fā)泡水泥試塊孔隙更大且均為閉孔結(jié)構(gòu)，而改變粉煤灰的摻加量對(duì)水泥試塊孔隙影響不大。

3" 結(jié) 論

混凝土中摻入粉煤灰，可 以利用工業(yè)廢料，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境有重要的意義。 硫氧鎂泡沫水泥摻入粉煤灰后，混凝土的初期強(qiáng)度提高速度比較慢，但后期的強(qiáng)度同未加粉煤灰的混凝土相比有一定程度的提高，且后期混凝土的強(qiáng)度隨著粉煤灰摻加量的提高而提高。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃維蓉， 郭桂香. 粉煤灰摻量對(duì)C30自密實(shí)混凝土的影響[J].混凝土， 2015（4）：4.

［2］黃知元， 彭可可.粉煤灰摻量對(duì)自密實(shí)混凝土收縮性能影響的試驗(yàn)研究[J].交通技術(shù)， 2016， 5（1）：6.

［3］王東星， 陳政光. 氯氧鎂水泥固化淤泥力學(xué)特性應(yīng)變速率效應(yīng)研究[J]. 巖土力學(xué)， 2021， 42（10）：13.

［4］王輝， 劉旭輝， 蔡升宇，等.粉煤灰摻量對(duì)高性能自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展影響分析[J].硅酸鹽通報(bào)， 2021， 40（5）：1573-1578.

［5］楊志偉， 曹興偉， 丁華柱，等.高摻量粉煤灰-硅灰對(duì)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度和抗氯離子滲透性能影響[J]. 建筑科技， 2017（2）：4.

［6］余海燕， 胡林童. 輕質(zhì)堿渣-氯氧鎂水泥基材料性能研究及孔結(jié)構(gòu)特征分析[J]. 混凝土與水泥制品， 2022（4）：6.

［7］靳凱戎， 許星星， 陳嘯洋，等. 花崗巖石粉對(duì)硫氧鎂水泥耐壓強(qiáng)度和耐水性的影響[J]. 建筑材料學(xué)報(bào)， 2022（8）：25.

［8］朱效甲， 朱倩倩， 朱蕓馨，等. 硫酸鎂質(zhì)量對(duì)硫氧鎂水泥膠凝材料性能影響的試驗(yàn)研究[J]. 上海建材， 2021（4）：4.

［9］胡智淇， 關(guān)巖， 畢萬(wàn)利. 含鎂碳酸鹽礦物對(duì)硫氧鎂水泥耐水性的影響[J]. 建筑材料學(xué)報(bào)， 2022（2）：25.

［10］騰娜. 不同改性劑對(duì)氯氧鎂水泥耐水性能的改善及其機(jī)理研究[J]. 遼寧化工， 2020， 49（4）：5.

Effect of Fly Ash Content on Properties of Magnesium Oxysulfate Foam Cement

TIAN Hai-yan

（1. China Energy Engineering Group Northeast No.3 Electric Power Construction Co.， Ltd.， Jinzhou Liaoning 121001， China;

2. Shenyang University of Chemical Technology， Shenyang Liaoning 110142， China）

Abstract：" The effect of changing the content of fly ash on the performance of magnesium oxysulfate foam cement was studied. The test results showed that the performance of concrete was obviously improved after adding quantitative fly ash， and the performance changed with the change of fly ash content.

Key words：" Fly ash; Magnesium oxysulfate foam cement; Performance